初蕾

[摘 要]絕緣油中溶解氣體分析對(duì)發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障有著極其重要的作用，因此越來(lái)越引起人們的重視。目前國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)絕緣油中溶解氣體的方法為氣相色譜法，此方法具有高效、高靈敏度、穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，使用光聲光譜法測(cè)量絕緣油中溶解氣體的儀器開(kāi)始出現(xiàn)，其是對(duì)我們現(xiàn)有試驗(yàn)方法的一個(gè)有益的補(bǔ)充，但是，通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)該方法目前應(yīng)處在經(jīng)驗(yàn)積累階段，要達(dá)到常規(guī)色譜儀的分析水平還需要做很多工作。

[關(guān)鍵詞]絕緣油中溶解氣體 光聲光譜 氣相色譜 對(duì)比分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）23-0003-02

引言

絕緣油中溶解氣體分析是監(jiān)視充油電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的最有效的手段之一，對(duì)及早發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。氣相色譜法具有分離效能高、分析速度快、靈敏度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，該方法也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中所指定的試驗(yàn)方法。近年來(lái)，隨著光聲光譜技術(shù)的發(fā)展，一些利用光聲光譜法分析油中溶解氣體的儀器開(kāi)始出現(xiàn)。2011年，我公司引進(jìn)國(guó)外某型光聲光譜測(cè)試儀用于對(duì)絕緣油中溶解氣體進(jìn)行檢測(cè)，使我們對(duì)該方法有了初步的了解。本文就傳統(tǒng)的氣相色譜法和光聲光譜法對(duì)絕緣油中溶解氣體的檢測(cè)進(jìn)行了分析比較，并給出了相應(yīng)的結(jié)論。

1 脫氣原理比較

氣相色譜法與光聲光譜法的脫氣方法都是基于溶解平衡的原理，通過(guò)相應(yīng)的手段將絕緣油中特征氣體置換出來(lái)，其過(guò)程遵守分配定律和亨利定律。

1.1 氣相色譜法

氣相色譜法的脫氣方式是采用機(jī)械振蕩的方法，對(duì)絕緣油進(jìn)行脫氣。脫氣時(shí)，首先將5mL氮?dú)猓ɑ驓鍤猓┳⑷氲窖b有40mL絕緣油樣品的注射器中，保持50℃，接著連續(xù)振蕩20min，再靜止10min，最后將注射器中的平衡氣體取出，進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 光聲光譜法

光聲光譜法的脫氣方式是采用頂空脫氣法，首先在連有管路的密封玻璃瓶中裝入50mL絕緣油樣品，進(jìn)行攪拌，經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，頂空室中油氣兩相達(dá)到平衡，直接對(duì)頂空室中的氣體進(jìn)行分析。

從上述的脫氣方法中可以看出，兩者所使用樣品的體積、平衡氣種類(lèi)等均不相同，其脫氣率也不能進(jìn)行平行比較。

2 工作原理的比較

2.1 氣相色譜法的分析原理

來(lái)自高壓氣瓶（或氣體發(fā)生器）的載氣首先進(jìn)入氣路控制系統(tǒng)，將載氣調(diào)節(jié)、穩(wěn)定到所需流量與壓力后，流入到進(jìn)樣裝置，并把樣品帶入到色譜柱，分離后的各個(gè)組分依次進(jìn)入檢測(cè)器，經(jīng)檢測(cè)后放空。檢測(cè)器所檢測(cè)到的電信號(hào)，送至記錄儀，記錄儀描繪出各組分的色譜峰。在一定的試驗(yàn)條件下，色譜峰是色譜分析的主要依據(jù)。其中，色譜峰的保留時(shí)間或保留體積決定物質(zhì)組分的性質(zhì)，是色譜定性的依據(jù)；色譜峰的高度或面積是組分濃度或含量的量度，通過(guò)對(duì)色譜峰的計(jì)算，對(duì)樣品組分進(jìn)行定量分析。

2.2 光聲光譜法的分析原理

在預(yù)選各氣體的特征頻率時(shí)可以排除各氣體的交叉干擾，通過(guò)對(duì)安裝濾光片的圓盤(pán)進(jìn)行步進(jìn)控制，就可以依次測(cè)量不同的氣體。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的各氣體特征頻率處的光線以調(diào)制頻率反復(fù)激發(fā)樣品池中的氣體分子，被激發(fā)的氣體分子會(huì)通過(guò)輻射或非輻射兩種方式回到基態(tài)。對(duì)于非輻射馳豫過(guò)程，體系的能量最終轉(zhuǎn)化為分子的平動(dòng)能，引起氣體局部加熱，從而在氣池中產(chǎn)生壓力波（聲波）。使用微音器可以檢測(cè)這種壓力變化。聲光技術(shù)就是利用光吸收和聲激發(fā)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)的探測(cè)從而了解吸收過(guò)程。由于光吸收激發(fā)的聲波的頻率由調(diào)制頻率決定；而其強(qiáng)度則只與可吸收該窄帶光譜的特征氣體的體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。因此，建立氣體體積分?jǐn)?shù)與聲波強(qiáng)度的定量關(guān)系，就可以準(zhǔn)確計(jì)量氣池中各氣體的體積分?jǐn)?shù)。

3 試驗(yàn)效率對(duì)比

3.1 氣相色譜法與光聲光譜法單個(gè)樣品分析所需時(shí)間對(duì)比

氣相色譜法與光聲光譜法單個(gè)樣品分析所需時(shí)間對(duì)比如表1所示。

從表1可以看出，試驗(yàn)單個(gè)樣品所需時(shí)間兩者基本相同。

3.2 兩個(gè)樣品分析所需時(shí)間對(duì)比

氣相色譜試驗(yàn)中，在振蕩器中的振蕩及靜置可以同時(shí)進(jìn)行。2個(gè)樣品試驗(yàn)時(shí)間為58min。光聲光譜法設(shè)備開(kāi)機(jī)系統(tǒng)吹掃時(shí)間20min不再需要，但試驗(yàn)前吹掃5min必須進(jìn)行，2個(gè)樣品試驗(yàn)時(shí)間為72min，可以看出光聲光譜法設(shè)備所需時(shí)間大大多于氣相色譜。

在使用光聲光譜法設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常遇到設(shè)備提示試樣瓶被污染，要求更換或重新吹掃，而可能造成污染的原因是多方面的，例如油樣瓶未清理干凈、連接管被油樣污染、過(guò)濾墊片需更換等，排出各方面的原因，需大量時(shí)間。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比

4.1 樣品絕緣油的測(cè)量情況

我們用氣相色譜法與光聲光譜法分別對(duì)某臺(tái)66kV消弧線圈溶解氣體含量較多的油樣、消弧線圈與新油按5：1、3：1、1：1、1：3、1：5的混油的油樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1至圖6所示；對(duì)油中氣體含量較少的某220kV變電站#1、#2、#3、#4變壓器對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖7至圖10所示。

4.2 數(shù)據(jù)分析

圖1至圖6為某66kV消弧線圈油樣及此油樣與新油按比例混合的油樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中圖1、圖2、圖3這三組數(shù)據(jù)為消弧線圈油樣或消弧線圈油樣比例較高時(shí)，及油中溶解氣體較多的數(shù)據(jù)，從上述三組數(shù)據(jù)來(lái)看，除光聲光譜法所檢測(cè)的氫氣含量明顯大于試驗(yàn)室設(shè)備外，其他氣體組分相差不大，在可接受范圍內(nèi)。圖4、圖5、圖6三組數(shù)據(jù)，此時(shí)由于消弧線圈油樣的比例減少，油中溶解氣體含量也在減少，光聲光譜法的檢測(cè)數(shù)據(jù)與氣相色譜法檢測(cè)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)顯著的差別。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們?cè)俅芜x取了幾組油中溶解氣體較少的幾臺(tái)變壓器的油樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7至圖10所示。選擇樣品的特點(diǎn)為投運(yùn)時(shí)間較短、油中溶解氣體含量相對(duì)較少。從以上四組數(shù)據(jù)我們可以看出，光聲光譜法設(shè)備對(duì)油中溶解氣體含量較少的油樣試驗(yàn)所得出的試驗(yàn)結(jié)果，與氣相色譜法所得出的結(jié)果相差較大。在四種烴類(lèi)氣體中，總有一種或兩種差別比較明顯，如在圖7中乙烷相差最大，圖8中甲烷、乙烯相差最大，圖9中乙烯相差最大，圖10中乙烷、乙烯相差最大，究竟哪種烴類(lèi)差別明顯，目前我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

5 結(jié)論

氣相色譜法測(cè)定油中溶解氣體有著分離效能高、分析速度快、靈敏度高、適用范圍廣、試驗(yàn)技術(shù)成熟等特點(diǎn)，被電力行業(yè)所廣泛應(yīng)用，其方法也是目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7252《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)定的試驗(yàn)方法，在油中溶解氣體分析試驗(yàn)中占主導(dǎo)地位。作為新興的油中溶解氣體分析方法，光聲光譜測(cè)試儀有著攜帶方便、輔助設(shè)備少、環(huán)境影響小、方便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等特點(diǎn)，但光聲光譜法現(xiàn)在仍處于發(fā)展的初期階段，其提供的試驗(yàn)數(shù)若要用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障分析、判斷，目前還缺乏底氣，相信通過(guò)不斷改進(jìn)，定會(huì)獲得突破，變成一種有前途的試驗(yàn)方法。

參考文獻(xiàn)

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